ЕГЭ
КАРТОЧКИ
ТЕСТЫ
ОБРАЧАТ
Теория. Цитология. Генетика и молекулярная биология
На этом уроке мы рассмотрим блок тем, который необходимо знать для успешного выполнения задания № 3 ЕГЭ по биологии. Речь пойдет о знаниях, необходимых для решения расчетных задач.
Мы изучим основные понятия генетики и молекулярной биологии, рассмотрим цитологию клетки и разберем типичные ошибки в задачах по данной теме.
Обзор тем
- Строение ДНК (правило Чаргаффа: $A = T$, $G = C$, $A+G = T+C$)
- Количество молекул ДНК в хромосомах (в зависимости от фазы митоза/мейоза)
- Генетический код и его свойства (триплетность)
- Связь между числом нуклеотидов и аминокислот
- Количество хромосом и ДНК в клетках в разные фазы клеточного цикла (митоз, мейоз)
- Различия между гаплоидными и диплоидными клетками
- Сравнение гаплоидного и диплоидного наборов хромосом
- Митоз и мейоз: особенности фаз, изменения числа хромосом и молекул ДНК
- Различия между соматическими клетками и гаметами
- Содержание хромосом в различных типах клеток (спермии, яйцеклетки, зиготы, заростки, клетки листа и корня).
Строение ДНК
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — двухцепочечная молекула, образованная нуклеотидами.
Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания — это органические молекулы, которые входят в состав нуклеотидов, а те, в свою очередь, являются структурными единицами ДНК.
| Тип основания | Название | Буква | Парная комплементарность |
|---|---|---|---|
| Пуриновое | Аденин | $A$ | Сочетается с тимином ($T$) |
| Пуриновое | Гуанин | $G$ | Сочетается с цитозином ($C$) |
| Пиримидиновое | Тимин | $T$ | Сочетается с аденином ($A$) |
| Пиримидиновое | Цитозин | $C$ | Сочетается с гуанином ($G$) |
- Азотистые основания располагаются внутри двойной спирали.
- Они соединяются между собой водородными связями.
- Именно последовательность оснований несет наследственную информацию.
- Стабильность двойной спирали ДНК обеспечивается правилом Чаргаффа: две водородные связи между $A$ и $T$ и три водородные связи между $G$ и $C$.
Правило Чаргаффа
- В молекуле ДНК количество аденина ($A$) всегда равно количеству тимина ($T$), а количество гуанина ($G$) всегда равно количеству цитозина ($C$).
- Также количество пуриновых оснований ($A+G$) равно количеству пиримидиновых оснований ($T+C$).
В иРНК вместо тимина ($T$) используется урацил ($U$) — это главное отличие. При транскрипции (синтезе иРНК по ДНК): каждый $A$ в матричной цепи ДНК → $U$ в иРНК, аденин ($A$) в ДНК комплементарен урацилу ($U$) в иРНК.
Всего в молекуле ДНК — $100\%$ нуклеотидов. Если известен процент одного основания, другие можно найти: если $G = 30\%$, то $C = 30\%$, тогда $A + T = 40\% \Rightarrow A = T = 20\%$.
Генетический код
Генетический код — это система записи информации о последовательности аминокислот в белке с помощью последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК или иРНК.
Основное свойство генетического кода, которое нужно знать для успешного решения задания № 3 в ЕГЭ по биологии, — триплетность: $1$ аминокислота кодируется $3$ нуклеотидами ($1$ кодоном).
| Вопрос | Формула |
|---|---|
| Сколько нуклеотидов кодирует $50$ аминокислот? | $50 \times 3 = 150$ $кодонов$ |
| Сколько аминокислот кодируют $600$ нуклеотидов? | $600 \div 3 = 200$ $кодонов$ |
| Сколько кодонов содержит иРНК длиной $90$ нуклеотидов? | $90 \div 3 = 30$ $кодонов$ |
Существуют стоп-кодоны, которые не кодируют аминокислоту, а сигнализируют об окончании трансляции. В задачах ЕГЭ их учитывать не нужно, если не сказано иное.
Митоз и мейоз. Репликация ДНК
Репликация происходит в интерфазе (перед делением): количество молекул ДНК удваивается, хромосома начинает состоять из двух хроматид. В интерфазе и в профазе митоза/мейоза I каждая хромосома = $2$ молекулы ДНК.
Митоз и мейоз
Митоз — это процесс непрямого деления эукариотических клеток, при котором из одной материнской клетки образуются две дочерние клетки с идентичным набором хромосом.
Мейоз — это особый вид деления эукариотических клеток, в результате которого из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные клетки. Этот процесс характерен для образования половых клеток (гамет) у животных и спор у растений и грибов.
| Признак | Митоз | Мейоз |
|---|---|---|
| Кол-во делений | $1$ | $2$ |
| Число дочерних клеток | $2$ | $4$ |
| Набор хромосом | $2n$ → $2n$ | $2n$ → $n$ |
| Генетическая идентичность | Да | Нет |
| Где происходит | В соматических клетках | В половых органах |
В соматической клетке $20$ хромосом. Сколько хромосом и молекул ДНК будет в клетке перед митозом?
Показать решение
Скрыть
Воспользуемся формулой определения числа хромосом для митоза: $\text{Хромосом} = \text{Изначальное количество}$. Следовательно, хромосом $20$, а молекул ДНК = $40$, так как при митозе число молекул ДНК удваивается.
В клетке перед мейозом $24$ хромосомы. Сколько хромосом и молекул ДНК в каждой клетке после мейоза II?
Показать решение
Скрыть
Воспользуемся формулой определения числа хромосом после мейоза II: $\text{Хромосом} = \frac{\text{Изначальное количество}}{2}$. Получаем $n = 12$, после мейоза II: $12$ хромосом и $12$ молекул ДНК.
Соматические клетки и гаметы
| Клетки | Что это? | Набор хромосом |
|---|---|---|
| Соматические | Все клетки тела, не участвующие в половом размножении | Диплоидный ($2n$) |
| Гаметы | Половые клетки: сперматозоиды и яйцеклетки | Гаплоидный ($n$) |
Диплоидный ($2n$) — парный набор хромосом. Каждая хромосома имеет пару, например, у человека $2n = 46$ хромосом → $23$ пары. Гаплоидный (n) — одинарный набор. В гаметах (половых клетках) только по одной хромосоме из каждой пары: у человека: $n = 23$ хромосомы.
Гаметы формируются из специальных клеток путем мейоза. В процессе мейоза число хромосом сокращается вдвое: $2n \to n2n→n$. Это нужно для того, чтобы при оплодотворении зигота вновь получила полный диплоидный набор: $n(\text{сперматозоид}) + n(\text{яйцеклетка}) = 2n(\text{зигота})$.
Типичные ошибки
ошибка
Игнорирование разницы между гаплоидным ($n$) и диплоидным ($2n$) набором.
- Ошибка: все клетки организма имеют одинаковое число хромосом.
- Правильно: гаметы — всегда гаплоидные, а соматические клетки — диплоидные.
- Обоснование: гамета (сперматозоид, яйцеклетка) = $n$, соматическая клетка = $2n$. Если дана информация о гаплоидной клетке — увеличиваем в два раза, чтобы найти диплоидную (и наоборот).
ошибка
Игнорирование разницы между митозом и мейозом.
- Ошибка: при митозе меняется число хромосом, в мейозе оба деления одинаковы.
- Правильно: при митозе не меняется число хромосом, при первом делении при мейозе число хромосом уменьшается, при втором — нет.
- Обоснование: митоз — число хромосом не меняется, каждая хромосома делится, образуя идентичные клетки. После мейоза I становится в $2$ раза меньше хромосом, после мейоза II количество ДНК уменьшается, хромосом не становится меньше. В профазе и метафазе хромосомы уже состоят из $2$ хроматид = $2$ молекулы ДНК.
ошибка
Неверная кодировка аминокислот нуклеотидами.
- Ошибка: одна аминокислота кодируется $1$ или $2$ нуклеотидами, неправильный перевод между количеством нуклеотидов и аминокислот.
- Правильно: $1$ аминокислота = $3$ нуклеотида.
- Обоснование: умножаем количество аминокислот на 3, если нужно найти число нуклеотидов, и делим на $3$ — чтобы найти количество аминокислот из нуклеотидов.
| Понятие | Число |
|---|---|
| $1$ аминокислота | $3$ нуклеотида |
| $1$ хроматида | $1$ молекула ДНК |
| $1$ хромосома (до репликации) | $1$ молекула ДНК |
| $1$ хромосома (после репликации) | $2$ молекулы ДНК ($2$ хроматиды) |
Практические советы для ЕГЭ
Что необходимо уметь делать, чтобы успешно справиться с задачами по теме «Цитология. Генетика. Молекулярная биология»:
- отличать гаплоидные и диплоидные клетки;
- считать число хромосом и ДНК на разных этапах деления;
- переводить аминокислоты в нуклеотиды и обратно;
- пользоваться правилом Чаргаффа;
- понимать, что при митозе — число хромосом сохраняется, при мейозе — уменьшается вдвое.
Часто задаваемые вопросы
$120 \times 3 = 360$.
Гуанин = Цитозин = $18\% \Rightarrow G + C = 36\%$
$A + T = 100\% − 36\% = 64\%$
$A = T = 32\%$
После репликации (перед митозом) каждая хромосома состоит из 2 хроматид, каждая из которых содержит 1 молекулу ДНК.
Митоз: дочерние клетки имеют такой же набор хромосом, как исходная. Мейоз: дочерние клетки имеют вдвое меньший набор хромосом
5
5
1
5
Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.
- Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
- Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
- Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:
- Отслеживайте прогресс освоения тем
- Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
- Проводите работу над ошибками после занятий
Хотите оставить комментарий?
Войти